THERMOMETER DIGITAL DENGAN MODUL DST-51, ADC-0809 DAN LCD 2X16 LCD 2x16 Modul DST-51 Modul ADC-0809 Amplifier LM35 Gambar 1 Blok Diagram Sistem Aplikasi thermometer digital dilakukan dengan melakukan konversi suhu menjadi data digital sehingga dapat diolah mikrokontroler. Proses konversi pertama kali dilakukan dengan mengubah suhu menjadi tegangan analog dan dilanjutkan dengan konversi tegangan analog menjadi data digital. Konversi suhu menjadi tegangan analog dilakukan dengan menggunakan sensor suhu tipe LM35 di mana sensor ini dapat beroperasi dengan menggunakan tegangan sumber di antara 4 30 volt DC. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mv setiap derajat Celcius sehingga diperoleh persamaan berikut: V LM35 = Temperatur * 10 mv Modul ADC-0809 adalah merupakan modul konversi tegangan analog ke digital dengan spesifikasi: - Konversi digital 8 bit - Resolusi 1 LSB - Tegangan input maksimum 5Volt Oleh karena itu ketelitian modul ini dalam satuan tegangan adalah: = 0,0196 volt atau 19,6 mv Dengan toleransi ketelitian 19,6 mv maka keluaran LM35 yang mempunyai kenaikan 10 mv untuk setiap derajat Celcius tidak dapat langsung dihubungkan ke Modul ADC-0809. Toleransi ketelitian yang lebih besar dari tingkat kenaikan tegangan yang diukur akan menyebabkan kesalahan dalam pengukuran. Untuk menghindari kesalahan tersebut maka tingkat kenaikan tegangan yang diukur harus dikuatkan dengan menggunakan rangkaian amplifier sehingga tingkat kenaikan tegangan berada di atas toleransi ketelitian.
P1 POT 12VDC U2 3 2 1 LM35 3 2 R2 10K 8 + - 4 U1A 1 LM358 R1 330R D1 DIODE ZENER AN0 JP1 1 2 ADC PORT Gambar 2 Rangkaian Amplifier Rangkaian Non Inverting Amplifier pada gambar 2 dengan potensio P1 sebesar 100K dapat digunakan untuk mengatur agar keluaran dari LM35 menjadi 5 kali lebih besar sehingga keluaran amplifier ini dapat menghasilkan kenaikan tegangan sebesar 50 mv untuk setiap Derajat Celcius. LM358 pada rangkaian amplifier ini menggunakan sumber tegangan sebesar 12 volt sehingga dioda zener D1 dan resistor R1 digunakan pada keluaran amplifier ini untuk menjaga agar batas maksimum tegangan hanya mencapai 5 Volt saja dan melindungi Modul ADC-0809 dari tegangan yang berlebih. Modul ADC-0809 ADC0809 adalah IC pengubah tegangan analog menjadi digital dengan masukan berupa 8 kanal input yang dapat dipilih. IC ADC0809 dapat melakukan proses konversi secara terkontrol ataupun free running. Modul AD-0809 yang didisain terhubung dengan Modul DST-51 dikhususkan untuk melakukan proses konversi secara terkontrol, yaitu sebuah proses konversi perubahan tegangan dari analog ke digital berdasarkan perintah dari mikrokontroler. ADC ini mempunyai ketelitian sebesar 1 bit LSB, untuk ketelitian yang lebih akurat ½ bit LSB, IC ini dapat digantikan dengan ADC0808 yang mempunyai konfigurasi pin sama persis dengan ADC0809. ADC0809 melakukan konversi tegangan analog ke digital dengan menggunakan metode SAR (successive approximation register) dengan resolusi 8 bit dan waktu konversi 100 us.
Gambar 3 Blok Diagram ADC (diambil dari data sheet National Semiconductor) Seperti yang terlihat pada gambar 3, ADC ini mempunyai 8 kanal saklar analog multipleks yang diatur oleh Address Latch and Decoder di mana multiplexer ini akan meneruskan sinyal analog tersebut ke bagian konversi tegangan. Pada mode terkontrol, proses konversi dilakukan setelah perintah start yaitu logika 1 pada kaki START diberikan. Kecepatan konversi tergantung dari frekwensi clock yang diberikan oleh rangkaian eksternal. Sedangkan hasil konversi dikirimkan ke Tri State Output Latch Buffer yang kompatibel dengan level TTL, yaitu sebuah buffer penahan yang bersifat tiga tingkat di mana tingkat pertama terjadi pada saat data hasil konversi masuk ke input dari bagian ini. Tingkat kedua saat data tersebut di latch (terjadi secara otomatis dalam IC ini setiap kali konversi) ke dalam buffer internalnya dan tingkat ketiga saat sinyal OE yang berlogika 1 diberikan ke kaki OE IC ini sehingga data yang ada dalam buffer internal dikirim ke bagian output (D0 D7). Selama kaki OE masih berlogika 0 maka jalur output (D0 D7) bersifat high impedance (impedansi tinggi) sehingga pada suatu sistem yang kompleks, jalur ini masih dapat digunakan oleh komponen lain yang mempunyai kemampuan akses dengan menggunakan sistem bus Pemilihan Kanal Input ADC0809 ADC0809 mempunyai 8 buah kanal input yang diatur oleh kaki A0, A1 dan A2 sesuai dengan tabel berikut:
Tabel 1 Proses Konversi ADC0809 Gambar 4 Timing Diagram ADC0809 (diambil dari data sheet National Semiconductor) Pada timing diagram di atas, tampak proses konversi mulai terjadi saat sinyal ALE dan Start muncul. Sinyal analog di kanal sesuai yang ditunjuk berdasarkan kaki A0, A1 dan A2 akan dikonversi menjadi digital. Akhir proses konversi terjadi dengan adanya perubahan dari logika 0 ke logika 1 pada kaki EOC. Data hasil konversi akan muncul di Data Bus (D0 D7) saat sinyal OE berlogika 1 muncul.
VCC P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P3.2 P2.1/A9 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 U? D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 E R/W RS LCD MATRIX 2X16 VCC VLCD GND 2 3 1 10K Gambar 5 Hubungan LCD 2x16 dengan Modul DST-51 Perangkat Lunak Inti dari bagian perangkat lunak ini sebetulnya adalah merupakan konversi dari data digital dari Modul ADC-0809 menjadi data suhu dalam bentuk desimal yang dapat ditampilkan pada LCD. Data-data yang diambil oleh ADC adalah berupa data tegangan dalam bentuk hexa sedangkan data yang akan ditampilkan ke LCD adalah berupa suhu dalam bentuk desimal. Pertama-tama perangkat lunak pada Modul DST-51 mengubah data tegangan menjadi data suhu. Proses konversi dilakukan dengan persamaan sebagai berikut: Suhu = Hasil ADC * 0,019607 * 20 Modul ADC-0809 melakukan konversi menjadi 8 bit data digital. Oleh karena itu dengan memanfaatkan memori sebesar 256 byte saja maka proses konversi dari Hasil ADC menjadi suhu dapat dilakukan dengan mudah tanpa melalui proses aritmatika dengan menggunakan tabel konversi. Tabel 2 Konversi Data ADC ke Suhu Hasil ADC Suhu ( o C) Pembulatan ( o C) 01H 0,392156863 0 02H 0,784313725 1 03H 1,176470588 1 04H 1,568627451 2 05H 1,960784314 2 06H 2,352941176 2 07H 2,745098039 3 05H 1,960784314 2 06H 2,352941176 2
07H 2,745098039 3 08H 3,137254902 3 09H 3,529411765 4 0AH 3,921568627 4 0BH 4,31372549 4 0CH 4,705882353 5 0DH 5,098039216 5 0EH 5,490196078 5 0FH 5,882352941 6 10H 6,274509804 6 11H 6,666666667 7 12H 7,058823529 7 13H 7,450980392 7 14H 7,843137255 8 15H 8,235294118 8 16H 8,62745098 9 17H 9,019607843 9 18H 9,411764706 9 19H 9,803921569 10 1AH 10,19607843 10 1BH 10,58823529 11 1CH 10,98039216 11 1DH 11,37254902 11 1EH 11,76470588 12 1FH 12,15686275 12 20H 12,54901961 13 21H 12,94117647 13 22H 13,33333333 13 23H 13,7254902 14 24H 14,11764706 14 25H 14,50980392 15 26H 14,90196078 15 27H 15,29411765 15 28H 15,68627451 16 29H 16,07843137 16 2AH 16,47058824 16 2BH 16,8627451 17 2CH 17,25490196 17 2DH 17,64705882 18 2EH 18,03921569 18 2FH 18,43137255 18 30H 18,82352941 19 31H 19,21568627 19 32H 19,60784314 20 33H 20 20 34H 20,39215686 20 35H 20,78431373 21 36H 21,17647059 21
37H 21,56862745 22 38H 21,96078431 22 39H 22,35294118 22 3AH 22,74509804 23 3BH 23,1372549 23 3CH 23,52941176 24 3DH 23,92156863 24 3EH 24,31372549 24 3FH 24,70588235 25 40H 25,09803922 25 41H 25,49019608 25 42H 25,88235294 26 43H 26,2745098 26 44H 26,66666667 27 45H 27,05882353 27 46H 27,45098039 27 47H 27,84313725 28 48H 28,23529412 28 49H 28,62745098 29 4AH 29,01960784 29 4BH 29,41176471 29 4CH 29,80392157 30 4DH 30,19607843 30 4EH 30,58823529 31 4FH 30,98039216 31 50H 31,37254902 31 51H 31,76470588 32 52H 32,15686275 32 53H 32,54901961 33 54H 32,94117647 33 55H 33,33333333 33 56H 33,7254902 34 57H 34,11764706 34 58H 34,50980392 35 59H 34,90196078 35 5AH 35,29411765 35 5BH 35,68627451 36 5CH 36,07843137 36 5DH 36,47058824 36 5EH 36,8627451 37 5FH 37,25490196 37 60H 37,64705882 38 61H 38,03921569 38 62H 38,43137255 38 63H 38,82352941 39 64H 39,21568627 39 65H 39,60784314 40 66H 40 40
67H 40,39215686 40 68H 40,78431373 41 69H 41,17647059 41 6AH 41,56862745 42 6BH 41,96078431 42 6CH 42,35294118 42 6DH 42,74509804 43 6EH 43,1372549 43 6FH 43,52941176 44 70H 43,92156863 44 71H 44,31372549 44 72H 44,70588235 45 73H 45,09803922 45 74H 45,49019608 45 75H 45,88235294 46 76H 46,2745098 46 77H 46,66666667 47 78H 47,05882353 47 79H 47,45098039 47 7AH 47,84313725 48 7BH 48,23529412 48 7CH 48,62745098 49 7DH 49,01960784 49 7EH 49,41176471 49 7FH 49,80392157 50 80H 50,19607843 50 81H 50,58823529 51 82H 50,98039216 51 83H 51,37254902 51 84H 51,76470588 52 85H 52,15686275 52 86H 52,54901961 53 87H 52,94117647 53 88H 53,33333333 53 89H 53,7254902 54 8AH 54,11764706 54 8BH 54,50980392 55 8CH 54,90196078 55 8DH 55,29411765 55 8EH 55,68627451 56 8FH 56,07843137 56 90H 56,47058824 56 91H 56,8627451 57 92H 57,25490196 57 93H 57,64705882 58 94H 58,03921569 58 95H 58,43137255 58 96H 58,82352941 59
97H 59,21568627 59 98H 59,60784314 60 99H 60 60 9AH 60,39215686 60 9BH 60,78431373 61 9CH 61,17647059 61 9DH 61,56862745 62 9EH 61,96078431 62 9FH 62,35294118 62 A0H 62,74509804 63 A1H 63,1372549 63 A2H 63,52941176 64 A3H 63,92156863 64 A4H 64,31372549 64 A5H 64,70588235 65 A6H 65,09803922 65 A7H 65,49019608 65 A8H 65,88235294 66 A9H 66,2745098 66 AAH 66,66666667 67 ABH 67,05882353 67 ACH 67,45098039 67 ADH 67,84313725 68 AEH 68,23529412 68 AFH 68,62745098 69 B0H 69,01960784 69 B1H 69,41176471 69 B2H 69,80392157 70 B3H 70,19607843 70 B4H 70,58823529 71 B5H 70,98039216 71 B6H 71,37254902 71 B7H 71,76470588 72 B8H 72,15686275 72 B9H 72,54901961 73 BAH 72,94117647 73 BBH 73,33333333 73 BCH 73,7254902 74 BDH 74,11764706 74 BEH 74,50980392 75 BFH 74,90196078 75 C0H 75,29411765 75 C1H 75,68627451 76 C2H 76,07843137 76 C3H 76,47058824 76 C4H 76,8627451 77 C5H 77,25490196 77 C6H 77,64705882 78
C7H 78,03921569 78 C8H 78,43137255 78 C9H 78,82352941 79 CAH 79,21568627 79 CBH 79,60784314 80 CCH 80 80 CDH 80,39215686 80 CEH 80,78431373 81 CFH 81,17647059 81 D0H 81,56862745 82 D1H 81,96078431 82 D2H 82,35294118 82 D3H 82,74509804 83 D4H 83,1372549 83 D5H 83,52941176 84 D6H 83,92156863 84 D7H 84,31372549 84 D8H 84,70588235 85 D9H 85,09803922 85 DAH 85,49019608 85 DBH 85,88235294 86 DCH 86,2745098 86 DDH 86,66666667 87 DEH 87,05882353 87 DFH 87,45098039 87 E0H 87,84313725 88 E1H 88,23529412 88 E2H 88,62745098 89 E3H 89,01960784 89 E4H 89,41176471 89 E5H 89,80392157 90 E6H 90,19607843 90 E7H 90,58823529 91 E8H 90,98039216 91 E9H 91,37254902 91 EAH 91,76470588 92 EBH 92,15686275 92 ECH 92,54901961 93 EDH 92,94117647 93 EEH 93,33333333 93 EFH 93,7254902 94 F0H 94,11764706 94 F1H 94,50980392 95 F2H 94,90196078 95 F3H 95,29411765 95 F4H 95,68627451 96 F5H 96,07843137 96 F6H 96,47058824 96
F7H 96,8627451 97 F8H 97,25490196 97 F9H 97,64705882 98 FAH 98,03921569 98 FBH 98,43137255 98 FCH 98,82352941 99 FDH 99,21568627 99 FEH 99,60784314 100 FFH 100 100 Hasil dari tabel konversi yang terlihat pada kolom pembulatan sudah berupa data suhu, namun data tersebut masih berbentuk hexa desimal, sehingga tidak dapat langsung ditampilkan ke LCD. Oleh karena itu hasil dari tabel konversi tersebut masih harus dikonversi lagi ke dalam bentuk BCD. Potongan program untuk konversi data hexa 1 byte ke dalam bentuk BCD CSEG Org $ ;Subroutine Konversi Hexa 1 byte ke Desimal ;Bilangan yang dikonversi di Akumulator ;Jumlah digit yang dihasilkan disimpan di R6 ;Hasil tersimpan di Tabel Desimal Konversi1BDesimal: Mov R6,#00H Jz TidakKonversi ;Bila 0 tidak perlu konversi LoopKonversi: Mov B,#10 ;Bilangan yang dikonversi lebih besar Push ACC ;dari 10? Subb A,B ; Pop ACC ; Inc R6 ;Jumlah digit + 1 Jc KonversiSelesai ;Bila lebih kecil dari 10, konversi selesai Div AB ;Bilangan yg dikonversi dibagi 10 Mov @R0,B ;Sisa disimpan di Tabel Desimal Inc R0 ; Ajmp LoopKonversi KonversiSelesai: Mov @R0,A TidakKonversi: Ret R6 pada potongan program ini menunjukkan jumlah digit dari hasil konversi sedangkan hasil dari proses konversi tersimpan dalam alamat yang ditunjuk oleh R0. Program lengkap dari thermometer digital ini dapat didownload di www.deltaelectronic.com bagian software